[發(fā)明專利]一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111136313.6
• 申請(qǐng)日: 2021-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN113568436B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李江華;齊東元;史焱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 凱睿星通信息科技（南京）股份有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 南京中擎科智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32549
• 代理人: 黃智明

1.一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法，其特征是：包括如下步驟：

衛(wèi)星地面站在受到障礙物遮蔽無法對(duì)星后，向非屏蔽方向發(fā)出與對(duì)星信標(biāo)信號(hào)同頻的搜索信號(hào)，請(qǐng)求與當(dāng)前空域的無人機(jī)編隊(duì)達(dá)成協(xié)作連接；

當(dāng)前空域的無人機(jī)編隊(duì)收到搜索信號(hào)，且與衛(wèi)星地面站達(dá)成協(xié)作連接；

在衛(wèi)星地面站和無人機(jī)編隊(duì)達(dá)成協(xié)作連接后，控制無人機(jī)編隊(duì)排成“1”字形移動(dòng)尋找并接近與衛(wèi)星地面站直視的位置，在無人機(jī)編隊(duì)移動(dòng)過程中通過無人機(jī)編隊(duì)中所有隊(duì)員無人機(jī)和地面站搜索信號(hào)接收強(qiáng)度，來判斷障礙物的位置；

當(dāng)無人機(jī)編隊(duì)在移動(dòng)中遇到障礙物后，通過繞障控制方法控制無人機(jī)編隊(duì)進(jìn)行隊(duì)形變換，使得無人機(jī)編隊(duì)中具備直視衛(wèi)星的對(duì)星無人機(jī)和直視衛(wèi)星地面站的對(duì)地?zé)o人機(jī)；其中，繞障控制方法為：無人機(jī)編隊(duì)采用“1”字形編隊(duì)在目標(biāo)區(qū)域移動(dòng)，編隊(duì)頭機(jī)收集隊(duì)員無人機(jī)的搜索器的下行衛(wèi)星天線的接收信號(hào)強(qiáng)度，按照編隊(duì)頭機(jī)到編隊(duì)尾機(jī)的順序，形成地面站搜索信號(hào)接收強(qiáng)度隊(duì)列，其中為編隊(duì)頭機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度，為編隊(duì)尾機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度，其余為對(duì)應(yīng)位置的中繼無人機(jī)的接收信號(hào)強(qiáng)度；根據(jù)地面站搜索信號(hào)接收強(qiáng)度隊(duì)列的特征來判斷障礙物的基本位置，若編隊(duì)頭機(jī)和編隊(duì)尾機(jī)的接收信號(hào)強(qiáng)度的差值在第一預(yù)設(shè)差值范圍內(nèi)，則判斷障礙物不在影響范圍內(nèi)，無人機(jī)編隊(duì)保持“1”字形隊(duì)形，同時(shí)向接收信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)方向移動(dòng)；若編隊(duì)頭機(jī)和編隊(duì)尾機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度的差值超出第一預(yù)設(shè)差值范圍，則判斷障礙物已在影響范圍內(nèi)，且接收強(qiáng)度隊(duì)列信號(hào)強(qiáng)度由小到大排列，趨近于0，保持正常，則判斷障礙物處于無人機(jī)編隊(duì)垂直方向，控制無人機(jī)編隊(duì)變成繞過障礙物的弧形隊(duì)形，同時(shí)所有隊(duì)員無人機(jī)利用感知器保持編隊(duì)頭機(jī)和編隊(duì)尾機(jī)通信正常，編隊(duì)尾機(jī)作為對(duì)地?zé)o人機(jī)并保持與衛(wèi)星地面站直視通信，編隊(duì)頭機(jī)作為對(duì)星無人機(jī)保持與衛(wèi)星直視通信；

控制對(duì)星無人機(jī)調(diào)整上行衛(wèi)星天線獲得衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，并通過無人機(jī)編隊(duì)傳給對(duì)地?zé)o人機(jī)，再由對(duì)地?zé)o人機(jī)發(fā)送給衛(wèi)星地面站實(shí)現(xiàn)對(duì)星。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法，其特征是：無人機(jī)編隊(duì)包括有若干個(gè)隊(duì)員無人機(jī)，隊(duì)員無人機(jī)的通信模塊包括搜索器、感知器以及控制器，搜索器包含下行衛(wèi)星天線和上行衛(wèi)星天線，下行衛(wèi)星天線用于搜索衛(wèi)星地面站，上行衛(wèi)星天線用來搜索衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，感知器用來隊(duì)員無人機(jī)在無人機(jī)編隊(duì)內(nèi)部進(jìn)行雙向通信，控制器用來控制隊(duì)員無人機(jī)的飛行軌跡和隊(duì)員無人機(jī)在無人機(jī)編隊(duì)內(nèi)的位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法，其特征是：在無人機(jī)編隊(duì)進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，每個(gè)隊(duì)員無人機(jī)都實(shí)時(shí)計(jì)算與其他隊(duì)員無人機(jī)的距離，并存入距離信息矩陣，相鄰的隊(duì)員無人機(jī)之間的距離至少為預(yù)設(shè)安全距離。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法，其特征是：無人機(jī)編隊(duì)排成“1”字形時(shí)，離地面距離最長(zhǎng)的無人機(jī)作為編隊(duì)頭機(jī)，離地面距離最短的無人機(jī)作為編隊(duì)尾機(jī)，位于編隊(duì)頭機(jī)和編隊(duì)尾機(jī)之間的無人機(jī)為中繼無人機(jī)，編隊(duì)頭機(jī)的控制器為整個(gè)無人機(jī)編隊(duì)的控制中心。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法，其特征是：中繼無人機(jī)的數(shù)量至少為1。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法，其特征是：控制無人機(jī)編隊(duì)變成繞過障礙物的弧形隊(duì)形的過程為：

控制所有隊(duì)員無人機(jī)的水平高度不變，控制編隊(duì)尾機(jī)和中繼無人機(jī)在保持無人機(jī)編隊(duì)內(nèi)部通信正常的情況下，向著接收信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)的方向移動(dòng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星方法，其特征是：控制對(duì)星無人機(jī)調(diào)整上行衛(wèi)星天線獲得衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，并通過無人機(jī)編隊(duì)傳給對(duì)地?zé)o人機(jī)，再由對(duì)地?zé)o人機(jī)發(fā)送給衛(wèi)星地面站實(shí)現(xiàn)對(duì)星的過程為：控制對(duì)星無人機(jī)調(diào)整上行衛(wèi)星天線的方位角和俯仰角來獲得衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，并將衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)在無人機(jī)編隊(duì)內(nèi)部進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，利用對(duì)地?zé)o人機(jī)將衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)發(fā)送給衛(wèi)星地面站完成對(duì)星操作。

8.一種基于無人機(jī)編隊(duì)中繼的衛(wèi)星通信對(duì)星系統(tǒng)，其特征是：包括對(duì)應(yīng)連接的衛(wèi)星地面站、無人機(jī)編隊(duì)以及衛(wèi)星；

所述衛(wèi)星地面站設(shè)置有中繼請(qǐng)求模塊，所述中繼請(qǐng)求模塊用于衛(wèi)星地面站在受到障礙物遮蔽無法對(duì)星后，向非屏蔽方向發(fā)出搜索信號(hào)，請(qǐng)求與當(dāng)前空域的無人機(jī)編隊(duì)達(dá)成協(xié)作連接；

所述無人機(jī)編隊(duì)中至少存在一個(gè)隊(duì)員無人機(jī)設(shè)置有請(qǐng)求應(yīng)答模塊、編隊(duì)移動(dòng)模塊、隊(duì)形變換模塊、中繼對(duì)星模塊；

所述請(qǐng)求應(yīng)答模塊用于當(dāng)前空域的無人機(jī)編隊(duì)收到搜索信號(hào)，且與衛(wèi)星地面站達(dá)成協(xié)作連接；

所述編隊(duì)移動(dòng)模塊：用于在衛(wèi)星地面站和無人機(jī)編隊(duì)達(dá)成協(xié)作連接后，控制無人機(jī)編隊(duì)排成“1”字形移動(dòng)尋找并接近與衛(wèi)星地面站直視的位置，在無人機(jī)編隊(duì)移動(dòng)過程中通過無人機(jī)編隊(duì)中所有隊(duì)員無人機(jī)和地面站搜索信號(hào)接收強(qiáng)度，來判斷障礙物的位置；

所述隊(duì)形變換模塊：用于當(dāng)無人機(jī)編隊(duì)在移動(dòng)中遇到障礙物時(shí)，通過繞障控制方法控制無人機(jī)編隊(duì)進(jìn)行隊(duì)形變換，使得無人機(jī)編隊(duì)中具備直視衛(wèi)星的對(duì)星無人機(jī)和直視衛(wèi)星地面站的對(duì)地?zé)o人機(jī)；其中，繞障控制方法為：無人機(jī)編隊(duì)采用“1”字形編隊(duì)在目標(biāo)區(qū)域移動(dòng)，編隊(duì)頭機(jī)收集隊(duì)員無人機(jī)的搜索器的下行衛(wèi)星天線的接收信號(hào)強(qiáng)度，按照編隊(duì)頭機(jī)到編隊(duì)尾機(jī)的順序，形成地面站搜索信號(hào)接收強(qiáng)度隊(duì)列，其中為編隊(duì)頭機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度，為編隊(duì)尾機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度，其余為對(duì)應(yīng)位置的中繼無人機(jī)的接收信號(hào)強(qiáng)度；根據(jù)地面站搜索信號(hào)接收強(qiáng)度隊(duì)列的特征來判斷障礙物的基本位置，若編隊(duì)頭機(jī)和編隊(duì)尾機(jī)的接收信號(hào)強(qiáng)度的差值在第一預(yù)設(shè)差值范圍內(nèi)，則判斷障礙物不在影響范圍內(nèi)，無人機(jī)編隊(duì)保持“1”字形隊(duì)形，同時(shí)向接收信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)方向移動(dòng)；若編隊(duì)頭機(jī)和編隊(duì)尾機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度的差值超出第一預(yù)設(shè)差值范圍，則判斷障礙物已在影響范圍內(nèi)，且接收強(qiáng)度隊(duì)列信號(hào)強(qiáng)度由小到大排列，趨近于0，保持正常，則判斷障礙物處于無人機(jī)編隊(duì)垂直方向，控制無人機(jī)編隊(duì)變成繞過障礙物的弧形隊(duì)形，同時(shí)所有隊(duì)員無人機(jī)利用感知器保持編隊(duì)頭機(jī)和編隊(duì)尾機(jī)通信正常，編隊(duì)尾機(jī)作為對(duì)地?zé)o人機(jī)并保持與衛(wèi)星地面站直視通信，編隊(duì)頭機(jī)作為對(duì)星無人機(jī)保持與衛(wèi)星直視通信；

所述中繼對(duì)星模塊：控制對(duì)星無人機(jī)調(diào)整上行衛(wèi)星天線獲得衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，并通過無人機(jī)編隊(duì)傳給對(duì)地?zé)o人機(jī)，再由對(duì)地?zé)o人機(jī)發(fā)送給衛(wèi)星地面站實(shí)現(xiàn)對(duì)星。